Java实现单向链表的基本功能详解

一、前言

最近在回顾数据结构与算法，有部分的算法题用到了栈的思想，说起栈又不得不说链表了。数组和链表都是线性存储结构的基础，栈和队列都是线性存储结构的应用～

本文主要讲解单链表的基础知识点，做一个简单的入门～如果有错的地方请指正

二、回顾与知新

说起链表，我们先提一下数组吧，跟数组比较一下就很理解链表这种存储结构了。

2.1回顾数组

数组我们无论是C、Java都会学过：

• 数组是一种连续存储线性结构，元素类型相同，大小相等

数组的优点：

• 存取速度快

数组的缺点：

• 事先必须知道数组的长度
• 插入删除元素很慢
• 空间通常是有限制的
• 需要大块连续的内存块
• 插入删除元素的效率很低

2.2链表说明

看完了数组，回到我们的链表：

• 链表是离散存储线性结构

n个节点离散分配，彼此通过指针相连，每个节点只有一个前驱节点，每个节点只有一个后续节点，首节点没有前驱节点，尾节点没有后续节点。

链表优点：

• 空间没有限制
• 插入删除元素很快

链表缺点：

• 存取速度很慢

链表相关术语介绍，我还是通过上面那个图来说明吧：

确定一个链表我们只需要头指针，通过头指针就可以把整个链表都能推导出来了～

链表又分了好几类：

1、单向链表

• 一个节点指向下一个节点

2、双向链表

• 一个节点有两个指针域

3、循环链表

• 能通过任何一个节点找到其他所有的节点，将两种(双向/单向)链表的最后一个结点指向第一个结点从而实现循环

操作链表要时刻记住的是：

节点中指针域指向的就是一个节点了！

三、Java实现链表

算法：

• 遍历
• 查找
• 清空
• 销毁
• 求长度
• 排序
• 删除节点
• 插入节点

首先，我们定义一个类作为节点

• 数据域
• 指针域

为了操作方便我就直接定义成public了。

public class Node {

 //数据域
 public int data;
 //指针域，指向下一个节点
 public Node next;
 public Node() {
 }

 public Node(int data) {
 this.data = data;
 }

 public Node(int data, Node next) {
 this.data = data;
 this.next = next;
 }
}

3.1创建链表(增加节点)

向链表中插入数据：

• 找到尾节点进行插入
• 即使头节点.next为null，不走while循环，也是将头节点与新节点连接的(我已经将head节点初始化过了，因此没必要判断头节点是否为null)～

 /**
 * 向链表添加数据
 *
 * @param value 要添加的数据
 */
 public static void addData(int value) {
 //初始化要加入的节点
 Node newNode = new Node(value);
 //临时节点
 Node temp = head;
 // 找到尾节点
 while (temp.next != null) {
 temp = temp.next;
 }
 // 已经包括了头节点.next为null的情况了～
 temp.next = newNode;
 }

3.2遍历链表

上面我们已经编写了增加方法，现在遍历一下看一下是否正确～～～

从首节点开始，不断往后面找，直到后面的节点没有数据：

 /**
 * 遍历链表
 *
 * @param head 头节点
 */
 public static void traverse(Node head) {
 //临时节点，从首节点开始
 Node temp = head.next;
 while (temp != null) {
 System.out.println("关注公众号Java3y：" + temp.data);
 //继续下一个
 temp = temp.next;
 }
 }

结果：

3.3插入节点

• 插入一个节点到链表中，首先得判断这个位置是否是合法的，才能进行插入～
• 找到想要插入的位置的上一个节点就可以了～

 /**
 * 插入节点
 *
 * @param head 头指针
 * @param index 要插入的位置
 * @param value 要插入的值
 */
 public static void insertNode(Node head, int index, int value) {
 //首先需要判断指定位置是否合法，
 if (index < 1 || index > linkListLength(head) + 1) {
 System.out.println("插入位置不合法。");
 return;
 }
 //临时节点，从头节点开始
 Node temp = head;
 //记录遍历的当前位置
 int currentPos = 0;
 //初始化要插入的节点
 Node insertNode = new Node(value);
 while (temp.next != null) {
 //找到上一个节点的位置了
 if ((index - 1) == currentPos) {
 //temp表示的是上一个节点
 //将原本由上一个节点的指向交由插入的节点来指向
 insertNode.next = temp.next;
 //将上一个节点的指针域指向要插入的节点
 temp.next = insertNode;
 return;
 }
 currentPos++;
 temp = temp.next;
 }
 }

3.4获取链表的长度

获取链表的长度就很简单了，遍历一下，每得到一个节点+1即可～

 /**
 * 获取链表的长度
 * @param head 头指针
 */
 public static int linkListLength(Node head) {
 int length = 0;
 //临时节点，从首节点开始
 Node temp = head.next;
 // 找到尾节点
 while (temp != null) {
 length++;
 temp = temp.next;
 }
 return length;
 }

3.5删除节点

删除某个位置上的节点其实是和插入节点很像的， 同样都要找到上一个节点。将上一个节点的指针域改变一下，就可以删除了～

 /**
 * 根据位置删除节点
 *
 * @param head 头指针
 * @param index 要删除的位置
 */
 public static void deleteNode(Node head, int index) {
 //首先需要判断指定位置是否合法，
 if (index < 1 || index > linkListLength(head) + 1) {
  System.out.println("删除位置不合法。");
  return;
 }

 //临时节点，从头节点开始
 Node temp = head;
 //记录遍历的当前位置
 int currentPos = 0;
 while (temp.next != null) {
  //找到上一个节点的位置了
  if ((index - 1) == currentPos) {
  //temp表示的是上一个节点
  //temp.next表示的是想要删除的节点
  //将想要删除的节点存储一下
  Node deleteNode = temp.next;
  //想要删除节点的下一个节点交由上一个节点来控制
  temp.next = deleteNode.next;
  //Java会回收它，设置不设置为null应该没多大意义了(个人觉得,如果不对请指出哦～)
  deleteNode = null;
  return;
  }
  currentPos++;
  temp = temp.next;
 }
 }

3.6对链表进行排序

前面已经讲过了8种的排序算法了【八种排序算法总结】，这次挑简单的冒泡排序吧(其实我是想写快速排序的，尝试了一下感觉有点难.....)

 /**
 * 对链表进行排序
 *
 * @param head
 *
 */
 public static void sortLinkList(Node head) {
 Node currentNode;
 Node nextNode;
 for (currentNode = head.next; currentNode.next != null; currentNode = currentNode.next) {
  for (nextNode = head.next; nextNode.next != null; nextNode = nextNode.next) {
  if (nextNode.data > nextNode.next.data) {
   int temp = nextNode.data;
   nextNode.data = nextNode.next.data;
   nextNode.next.data = temp;
  }
  }
 }
 }

3.7找到链表中倒数第k个节点

这个算法挺有趣的：设置两个指针p1、p2，让p2比p1快k个节点，同时向后遍历，当p2为空，则p1为倒数第k个节点

 /**
 * 找到链表中倒数第k个节点(设置两个指针p1、p2，让p2比p1快k个节点，同时向后遍历，当p2为空，则p1为倒数第k个节点
 *
 * @param head
 * @param k 倒数第k个节点
 */
 public static Node findKNode(Node head, int k) {
 if (k < 1 || k > linkListLength(head))
  return null;
 Node p1 = head;
 Node p2 = head;
 // p2比怕p1快k个节点
 for (int i = 0; i < k - 1; i++)
  p2 = p2.next;
 // 只要p2为null，那么p1就是倒数第k个节点了
 while (p2.next != null) {

  p2 = p2.next;
  p1 = p1.next;
 }
 return p1;
 }

3.8删除链表重复数据

跟冒泡排序差不多，只要它相等，就能删除了～

 /**
 * 删除链表重复数据(跟冒泡差不多，等于删除就是了)
 *
 * @param head 头节点
 */
 public static void deleteDuplecate(Node head) {
 //临时节点，(从首节点开始-->真正有数据的节点)
 Node temp = head.next;

 //当前节点(首节点)的下一个节点
 Node nextNode = temp.next;
 while (temp.next != null) {
  while (nextNode.next != null) {
  if (nextNode.next.data == nextNode.data) {
   //将下一个节点删除(当前节点指向下下个节点)
   nextNode.next = nextNode.next.next;
  } else {

   //继续下一个
   nextNode = nextNode.next;
  }
  }
  //下一轮比较
  temp = temp.next;
 }
 }

3.9查询链表的中间节点

这个算法也挺有趣的：一个每次走1步，一个每次走两步，走两步的遍历完，然后走一步的指针，那就是中间节点

 /**
 * 查询单链表的中间节点
 */
 public static Node searchMid(Node head) {
 Node p1 = head;
 Node p2 = head;
 // 一个走一步，一个走两步，直到为null，走一步的到达的就是中间节点
 while (p2 != null && p2.next != null && p2.next.next != null) {
  p1 = p1.next;
  p2 = p2.next.next;
 }
 return p1;
 }

3.10通过递归从尾到头输出单链表

 /**
 * 通过递归从尾到头输出单链表
 *
 * @param head 头节点
 */
 public static void printListReversely(Node head) {
 if (head != null) {
  printListReversely(head.next);
  System.out.println(head.data);
 }
 }

3.11反转链表

 /**
 * 实现链表的反转
 *
 * @param node 链表的头节点
 */
 public static Node reverseLinkList(Node node) {
 Node prev ;
 if (node == null || node.next == null) {
  prev = node;
 } else {
  Node tmp = reverseLinkList(node.next);
  node.next.next = node;
  node.next = null;
  prev = tmp;
 }
 return prev;
 }

反转链表参考自：http://www.jb51.net/article/136185.htm

四、最后

理解链表本身并不难，但做相关的操作就弄得头疼，head.next next next next ....(算法这方面我还是薄弱啊..脑子不够用了.....)写了两天就写了这么点东西...

操作一个链表只需要知道它的头指针就可以做任何操作了

1、添加数据到链表中

• 遍历找到尾节点，插入即可(只要while(temp.next != null)，退出循环就会找到尾节点)

2、遍历链表

• 从首节点(有效节点)开始，只要不为null，就输出

3、给定位置插入节点到链表中

• 首先判断该位置是否有效(在链表长度的范围内)
• 找到想要插入位置的上一个节点
  将原本由上一个节点的指向交由插入的节点来指向
  上一个节点指针域指向想要插入的节点
• 

4、获取链表的长度

• 每访问一次节点，变量++操作即可

5、删除给定位置的节点

• 首先判断该位置是否有效(在链表长度的范围内)
• 找到想要插入位置的上一个节点
  将原本由上一个节点的指向后面一个节点
• 

6、对链表进行排序

• 使用冒泡算法对其进行排序

7、找到链表中倒数第k个节点

• 设置两个指针p1、p2，让p2比p1快k个节点，同时向后遍历，当p2为空，则p1为倒数第k个节点

8、删除链表重复数据

• 操作跟冒泡排序差不多，只要它相等，就能删除了～

9、查询链表的中间节点

• 这个算法也挺有趣的：一个每次走1步，一个每次走两步，走两步的遍历完，然后走一步的指针，那就是中间节点

10、递归从尾到头输出单链表

• 只要下面还有数据，那就往下找，递归是从最后往前翻。

11、反转链表

• 有递归和非递归两种方式，我觉得是挺难的。可以到我给出的链接上查阅～

PS：每个人的实现都会不一样，所以一些小细节难免会有些变动，也没有固定的写法，能够实现对应的功能即可～

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对我们的支持。

参考资料：

• http://www.cnblogs.com/whgk/p/6589920.html
• https://www.cnblogs.com/bywallance/p/6726251.html

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